JP2002319390A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2002319390A
JP2002319390A JP2001122758A JP2001122758A JP2002319390A JP 2002319390 A JP2002319390 A JP 2002319390A JP 2001122758 A JP2001122758 A JP 2001122758A JP 2001122758 A JP2001122758 A JP 2001122758A JP 2002319390 A JP2002319390 A JP 2002319390A
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JP
Japan
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carbon material
negative electrode
secondary battery
electrolyte secondary
battery
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Application number
JP2001122758A
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Japanese (ja)
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Yoshinori Naruoka
成岡  慶紀
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance a charge-discharge characteristic, a load factor characteristic and an output characteristic, in a nonaqueous electrolyte secondary battery using a carbon material capable of storing and releasing lithium ion as a negative electrode. SOLUTION: The the negative electrode containing the first carbon material capable of storing and releasing lithium ion, and the second carbon material having 10 m<2> /g or more of specific surface area, and a positive electrode containing lithium-manganese compound capable of storing and releasing lithium ion are used in this nonaqueous electrolyte secondary battery.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオンを
吸蔵・放出可能な炭素材料を負極とする非水電解質二次
電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ポータブル電子機器の小型軽量化
は目覚しく、それに伴い電源となる電池に対しても小型
軽量化の要望が非常に大きい。このような要求を満足す
るために種々の二次電池が開発され、現在、主に正極活
物質として層状構造を有する複合酸化物であるコバルト
酸リチウムを用いたリチウムイオン電池は、高作動電
圧、高エネルギー密度を有するため、前記用途に好適で
ある。しかし、コバルト酸リチウムは資源的に乏しく、
高価なため、代替物質として、リチウムマンガン化合物
が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the size and weight of portable electronic devices has been remarkably reduced, and accordingly, there has been a great demand for a battery as a power supply to be reduced in size and weight. To meet such demands, various secondary batteries have been developed.Currently, lithium ion batteries using lithium cobalt oxide, which is a composite oxide having a layered structure as a positive electrode active material, have a high operating voltage, Since it has a high energy density, it is suitable for the above applications. However, lithium cobaltate is scarce in resources,
Due to the high cost, lithium manganese compounds have been proposed as substitutes.

【0003】この種の電池の負極活物質としては、現
在、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料が用い
られている。
[0003] As a negative electrode active material of this type of battery, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions is currently used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、正極活物質と
してのリチウム含有マンガン複合酸化物は、長期間また
は高温下で電解液に曝されると、正極から電解液中への
マンガン(Mn)の溶出量が増えるため、負極の炭素材
料へマンガンが付着する。これは負極の電荷移動抵抗の
増大をもたらしたり、また、炭素材料中のリチウムイオ
ンの吸蔵・放出部位を塞ぐため、電池の充放電サイクル
特性、負荷率特性および出力特性を低下させるという問
題がある。
However, when a lithium-containing manganese composite oxide as a positive electrode active material is exposed to an electrolytic solution for a long time or at a high temperature, manganese (Mn) is converted from the positive electrode into the electrolytic solution. Since the elution amount increases, manganese adheres to the carbon material of the negative electrode. This causes an increase in the charge transfer resistance of the negative electrode and a problem that the charge / discharge cycle characteristics, load factor characteristics, and output characteristics of the battery are deteriorated because the lithium ion occlusion / release sites in the carbon material are blocked. .

【0005】本発明は、上記のような状況に鑑み、充放
電サイクル特性、負荷率特性および出力特性の改善され
た負極を作製するとともに、上記負極を用いて、充放電
性能に優れた非水電解質二次電池を提供することを目的
としている。
In view of the above situation, the present invention provides a negative electrode having improved charge / discharge cycle characteristics, load factor characteristics, and output characteristics, and uses the above-described negative electrode to provide a non-aqueous liquid excellent in charge / discharge performance. An object is to provide an electrolyte secondary battery.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、非水
電解質二次電池において、リチウムイオンを吸蔵・放出
可能な第1の炭素材料と、比表面積が10m/g以上
の第2の炭素材料とを含む負極と、リチウムイオンを吸
蔵・放出可能なリチウムマンガン化合物を含む正極とを
用いたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising: a first carbon material capable of occluding and releasing lithium ions; and a second carbon material having a specific surface area of 10 m 2 / g or more. And a positive electrode containing a lithium manganese compound capable of inserting and extracting lithium ions.

【0007】請求項1の発明によれば、負極に第2の炭
素材料を含むことにより、負極において第2の炭素材料
によりマンガンが捕捉され、第1の炭素材料へのマンガ
ンの付着を抑制することにより、第1の炭素材料の電荷
移動抵抗の増大を抑制し、また、第1の炭素材料中のリ
チウムイオンの吸蔵・放出部位が塞がれることを抑制
し、電池の充放電サイクル特性、負荷率特性および出力
特性に優れた非水電解質二次電池を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, since the negative electrode contains the second carbon material, manganese is captured by the second carbon material in the negative electrode, and the adhesion of manganese to the first carbon material is suppressed. Thereby, the increase in the charge transfer resistance of the first carbon material is suppressed, and the occlusion / release of lithium ions in the first carbon material is suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics of the battery are reduced. A non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent load factor characteristics and output characteristics can be obtained.

【0008】請求項2の発明は、上記非水電解質二次電
池において、第2の炭素材料がカーボンブラックである
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the nonaqueous electrolyte secondary battery, the second carbon material is carbon black.

【0009】請求項2の発明によれば、負極における集
電性能が向上し、さらにマンガンの捕捉性能が良好とな
る。
According to the second aspect of the invention, the current collection performance of the negative electrode is improved, and the manganese trapping performance is further improved.

【0010】請求項3の発明は、上記非水電解質二次電
池において、第1の炭素材料に対し第2の炭素材料を
0.1〜10wt%含むことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the nonaqueous electrolyte secondary battery, the second carbon material is contained in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the first carbon material.

【0011】請求項3の発明によれば、負極に含まれる
第2の炭素材料の量をできるだけ少なくし、その結果、
負極に含まれる活物質としての第1の炭素材料の量を多
くすることにより、負極の容量を大きくすることができ
る。
According to the third aspect of the present invention, the amount of the second carbon material contained in the negative electrode is reduced as much as possible.
The capacity of the negative electrode can be increased by increasing the amount of the first carbon material as an active material included in the negative electrode.

【0012】請求項4の発明は、上記非水電解質二次電
池において、リチウムマンガン化合物が組成式Li
2―y(0≦x≦1.4;0≦y≦1.8;
Mは一種以上からなる遷移金属元素)で表わされること
を特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the non-aqueous electrolyte secondary battery, the lithium manganese compound has a composition formula of Li x M
n 2-y M y O 4 (0 ≦ x ≦ 1.4; 0 ≦ y ≦ 1.8;
M is characterized by being represented by one or more transition metal elements).

【0013】請求項4の発明によれば、負極において第
2の炭素材料によりマンガンが捕捉され、充放電サイク
ル特性、負荷率特性および出力特性に優れた非水電解質
二次電池を得ることができる。
According to the invention of claim 4, manganese is captured by the second carbon material in the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics, load factor characteristics and output characteristics can be obtained. .

【0014】請求項5の発明は、上記非水電解質二次電
池において、リチウムマンガン化合物が組成式Li
1―y(0≦x≦1.4;0≦y≦0.9;
Mは一種以上からなる遷移金属元素)で表わされること
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the non-aqueous electrolyte secondary battery, the lithium manganese compound has a composition formula of Li x M
n 1-y MyO 2 (0 ≦ x ≦ 1.4; 0 ≦ y ≦ 0.9;
M is characterized by being represented by one or more transition metal elements).

【0015】請求項4または請求項5の発明によれば、
負極において第2の炭素材料によりマンガンが捕捉さ
れ、充放電サイクル特性、負荷率特性および出力特性に
優れた非水電解質二次電池を得ることができる。
According to the invention of claim 4 or claim 5,
Manganese is captured by the second carbon material in the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics, load factor characteristics, and output characteristics can be obtained.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の長円筒型発電要素を備え
た非水電解質二次電池の外観を図1に、また、発電要素
の外観を図2に示す。図1において、1は非水電解質二
次電池、2は電池ケース、3は電池蓋、4は正極端子、
5は負極端子、6は安全弁、7は電解液注液口である。
また、図2において、8は発電要素、9は正極、10は
負極、11はセパレータである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the appearance of a nonaqueous electrolyte secondary battery provided with a long cylindrical power generating element of the present invention, and FIG. 2 shows the appearance of the power generating element. In FIG. 1, 1 is a non-aqueous electrolyte secondary battery, 2 is a battery case, 3 is a battery cover, 4 is a positive electrode terminal,
Reference numeral 5 denotes a negative electrode terminal, 6 denotes a safety valve, and 7 denotes an electrolyte injection port.
In FIG. 2, reference numeral 8 denotes a power generating element, 9 denotes a positive electrode, 10 denotes a negative electrode, and 11 denotes a separator.

【0017】本発明の非水電解質二次電池は、図1およ
び図2に示したように、正極9と負極10とがセパレー
タ11を介して長円形状に巻回されてなる発電要素8
を、電池ケース2に収納し、電池ケース2と電池蓋3と
を溶接し、その後電解液注入口7から非水電解質を注入
して構成されている。この非水電解質二次電池に用いら
れる正極、セパレーターおよび電解質などは、特に従来
用いられてきたものと異なるところなく、通常用いられ
ているものが使用できる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a power generating element 8 in which a positive electrode 9 and a negative electrode 10 are wound in an oval shape with a separator 11 interposed therebetween.
Is stored in the battery case 2, the battery case 2 and the battery cover 3 are welded, and then a non-aqueous electrolyte is injected from the electrolyte injection port 7. The positive electrode, the separator, the electrolyte, and the like used in the nonaqueous electrolyte secondary battery are not particularly different from those conventionally used, and commonly used ones can be used.

【0018】本発明は、非水電解質二次電池において、
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な第1の炭素材料と、
比表面積が10m/g以上の第2の炭素材料とを含む
負極と、リチウムマンガン化合物を含む正極を用いるこ
とを特徴とする。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery,
A first carbon material capable of inserting and extracting lithium ions;
It is characterized by using a negative electrode containing a second carbon material having a specific surface area of 10 m 2 / g or more and a positive electrode containing a lithium manganese compound.

【0019】活物質としてのリチウムマンガン化合物を
含む正極を用いた非水電解質二次電池においては、リチ
ウムマンガン化合物が長期間電解液に曝されると、リチ
ウムマンガン化合物から電解液中へのマンガン(Mn)
の溶出が生じる。そして、電解液中に溶出したマンガン
は負極へ達し、負極活物質である第1の炭素材料へマン
ガンが付着し、第1の炭素材料の電荷移動抵抗が増大
し、さらに、マンガンが第1の炭素材料のリチウムイオ
ンの吸蔵・放出部位を塞ぐため、電池の充放電性能が低
下する。なお、リチウムマンガン化合物は単独で使用し
てもよいし、2種以上混合してもよい。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode containing a lithium manganese compound as an active material, when the lithium manganese compound is exposed to the electrolyte for a long time, manganese (L) is converted from the lithium manganese compound into the electrolyte. Mn)
Is eluted. Then, the manganese eluted in the electrolytic solution reaches the negative electrode, manganese adheres to the first carbon material as the negative electrode active material, the charge transfer resistance of the first carbon material increases, and further, the manganese becomes the first carbon material. The charge / discharge performance of the battery is reduced because the carbon material occludes sites for absorbing and releasing lithium ions. The lithium manganese compound may be used alone or in combination of two or more.

【0020】そこで本発明は、この対策として、負極に
比表面積が10m/g以上の第2の炭素材料を含ま
せ、表面積の大きい第2の炭素材料が負極に来たマンガ
ンを選択的に捕捉することにより、負極の電荷移動抵抗
の増大を抑制し、また、炭素材料中のリチウムイオンの
吸蔵・放出部位を確保することにより、負極の劣化を防
止し、その結果、充放電サイクル特性、負荷率特性およ
び出力特性をに優れた非水電解質二次電池を得るもので
ある。
Therefore, the present invention, as a countermeasure against this, includes a second carbon material having a specific surface area of 10 m 2 / g or more in the negative electrode, and the second carbon material having a large surface area selectively removes manganese coming to the negative electrode. By trapping, the increase in the charge transfer resistance of the negative electrode is suppressed, and the deterioration of the negative electrode is prevented by securing sites for absorbing and releasing lithium ions in the carbon material. As a result, the charge-discharge cycle characteristics, An object of the present invention is to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent load factor characteristics and output characteristics.

【0021】本発明において、第2の炭素材料として
は、アセチレンブラック、ケッチエンブラックまたはフ
ァーネスブラックなどの、 比表面積が10m/g以
上のカーボンブラックを、単独であるいは2種類以上混
合して使用することにより、負極における集電性能が向
上し、さらにマンガンの捕捉性能が良好となる負極にお
ける集電性能が向上し、さらにマンガンの捕捉性能が良
好となるものである。第2の炭素材料の比表面積が10
/g未満では、負極に来たマンガンを選択的に捕捉
する機能に乏しくなり、第1の炭素材料の劣化が大きく
なるからである。
In the present invention, as the second carbon material, a carbon black having a specific surface area of 10 m 2 / g or more, such as acetylene black, ketchen black or furnace black, may be used alone or in combination of two or more. By doing so, the current collecting performance of the negative electrode is improved, and the current collecting performance of the negative electrode is further improved, and the manganese capturing performance is further improved. The specific surface area of the second carbon material is 10
If it is less than m 2 / g, the function of selectively capturing manganese coming to the negative electrode is poor, and the first carbon material is greatly deteriorated.

【0022】さらに、負極に含ませる第2の炭素材料の
量は、第1の炭素材料に対し0.1〜10wt%とする
ことにより、負極に含まれる第2の炭素材料の量をでき
るだけ少なくし、その結果、負極に含まれる第1の炭素
材料の量を多くすることにより、負極の容量を大きくす
ることができる。第1の炭素材料に対する第2の炭素材
料の量が0.1wt%以下では、電荷移動抵抗の小さな
負極が得られず、10wt%以上では負極活物質の割合
が減少するため、負極の放電容量が小さくなる。なお、
第1の炭素材料に対する第2の炭素材料の量は、第1の
炭素材料をできるだけ多くする方が電池の容量が増大す
るため、0.1〜1wt%の範囲とすることが好まし
い。
Further, the amount of the second carbon material contained in the negative electrode is set to be 0.1 to 10% by weight based on the first carbon material, so that the amount of the second carbon material contained in the negative electrode is reduced as much as possible. As a result, the capacity of the negative electrode can be increased by increasing the amount of the first carbon material contained in the negative electrode. When the amount of the second carbon material relative to the first carbon material is 0.1 wt% or less, a negative electrode having a small charge transfer resistance cannot be obtained. When the amount is 10 wt% or more, the ratio of the negative electrode active material decreases. Becomes smaller. In addition,
The amount of the second carbon material with respect to the first carbon material is preferably in the range of 0.1 to 1 wt%, since increasing the first carbon material as much as possible increases the capacity of the battery.

【0023】正極活物質としては、リチウムイオンを吸
蔵・放出可能な種々のリチウムマンガン化合物を使用で
きるが、その中でも、組成式LiMn2―y
(0≦x≦1.4;0≦y≦1.8;Mは一種以上から
なる遷移金属元素)で表わされる化合物、または組成式
LiMn1―y(0≦x≦1.4;0≦y≦
0.9;Mは一種以上からなる遷移金属元素)で表わさ
れる化合物を用いると、電池性能の改良により有用であ
る。
As the positive electrode active material, various lithium manganese compounds capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Among them, the composition formula Li x Mn 2 -y My 0 4
(0 ≦ x ≦ 1.4; 0 ≦ y ≦ 1.8; M is a transition metal element composed of one or more kinds) or a composition formula Li x Mn 1- y My O 2 (0 ≦ x ≦ 1.4; 0 ≦ y ≦
0.9; M is a transition metal element composed of at least one kind), which is more useful for improving battery performance.

【0024】本発明において、第1の炭素材料の種類は
特に限定されるものではなく、難黒鉛化炭素、易黒鉛化
炭素、天然黒鉛または人造黒鉛などを一種類以上混合し
たものが使用可能である。
In the present invention, the type of the first carbon material is not particularly limited, and a mixture of one or more types of non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, natural graphite or artificial graphite can be used. is there.

【0025】また、電極に使用する結着剤としては、広
く用いられているポリフッ化ビニリデンや、これ以外の
ものとして、ポリテトラフルオロエチレン、ゴム系高分
子としてスチレンブタジエンゴム、もしくはこれらとセ
ルロース系高分子との混合物またはポリフッ化ビニリデ
ンを主体とするコポリマー等が例示される。
Examples of the binder used for the electrode include polyvinylidene fluoride which is widely used, polytetrafluoroethylene as another binder, styrene-butadiene rubber as a rubber-based polymer, and cellulose-based and rubber-based polymers. Examples thereof include a mixture with a polymer or a copolymer mainly containing polyvinylidene fluoride.

【0026】本発明の非水電解質二次電池に用いる電解
液の有機溶媒には、特に制限はなく、例えばエーテル
類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、ア
ミド類、硫黄化合物、ハロゲン化炭化水素類、エステル
類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系
化合物、スルホラン系炭化水素類等を用いることができ
るが、これらのうちでもエーテル類、ケトン類、エステ
ル類、ラクトン類、ハロゲン化炭化水素類、カーボネー
ト類、スルホラン系化合物が好ましい。これらの例とし
ては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフ
ラン、1,4−ジオキサン、アニソール、モノグライ
ム、4−メチル−2−ペンタノン、酢酸エチル、酢酸メ
チル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、1,
2−ジクロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシ
エタン、メチルフォルメイト、ジメチルカーボネート、
メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレ
ンカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスル
ホキシド、ジメチルチオホルムアミド、スルホラン、3
−メチル−スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリ
エチル及びこれらの混合溶媒等を挙げることができる
が、必ずしもこれらに限定されるものではない。好まし
くは環状カーボネート類及び環状エステル類である。も
っとも好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレン
カーボネート、メチルエチルカーボネート、及びジエチ
ルカーボネートのうち、1種又は2種以上した混合物の
有機溶媒である。
The organic solvent of the electrolytic solution used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, ethers, ketones, lactones, nitriles, amines, amides, sulfur compounds, halogen compounds Hydrocarbons, esters, carbonates, nitro compounds, phosphate ester compounds, sulfolane hydrocarbons, etc., among which ethers, ketones, esters, lactones, halogens Hydrocarbons, carbonates and sulfolane compounds are preferred. Examples of these include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, anisole, monoglyme, 4-methyl-2-pentanone, ethyl acetate, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate,
2-dichloroethane, γ-butyrolactone, dimethoxyethane, methylformate, dimethyl carbonate,
Methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dimethylthioformamide, sulfolane,
Examples include -methyl-sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and a mixed solvent thereof, but are not necessarily limited thereto. Preferred are cyclic carbonates and cyclic esters. Most preferably, it is an organic solvent of a mixture of one or more of ethylene carbonate, propylene carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate.

【0027】また、本発明の非水電解質二次電池に用い
る電解質塩としては特に制限はないが、LiClO
LiBF、LiAsF、CFSOLi、LiP
、LiPF(C、LiN(CFSO
、LiN(CSO、LiI、LiA
lCl等及びそれらの混合物が挙げられる。好ましく
は、LiBF、LiPFのうち、1種又は2種以上
を混合したリチウム塩がよい。
The electrolyte salt used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be LiClO 4 ,
LiBF 4 , LiAsF 6 , CF 3 SO 3 Li, LiP
F 6 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiN (CF 3 SO
2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiI, LiA
1Cl 4 and the like and mixtures thereof. Preferably, a lithium salt in which one or more of LiBF 4 and LiPF 6 are mixed is preferable.

【0028】また、上記電解質には補助的に固体のイオ
ン導伝性ポリマー電解質を用いることもできる。この場
合、非水電解質二次電池の構成としては、正極、負極お
よびセパレータと有機又は無機の固体電解質と上記非水
電解液との組み合わせ、又は正極、負極およびセパレー
タとしての有機又は無機の固体電解質膜と上記非水電解
液との組み合わせがあげられる。ポリマー電解質膜がポ
リエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル又はポリエ
チレングリコールおよびこれらの変成体などの場合に
は、軽量で柔軟性があり、巻回極板に使用する場合に有
利である。さらに、ポリマー電解質以外にも、無機固体
電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質と
の混合材料などを使用することができる。
In addition, a solid ion-conductive polymer electrolyte can be used as an auxiliary for the above-mentioned electrolyte. In this case, as a configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery, a combination of a positive electrode, a negative electrode and a separator with an organic or inorganic solid electrolyte and the above non-aqueous electrolyte, or a positive electrode, an organic or inorganic solid electrolyte as a negative electrode and a separator A combination of the membrane and the above-mentioned non-aqueous electrolyte may be used. When the polymer electrolyte membrane is made of polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, or a modified product thereof, the polymer electrolyte membrane is lightweight and flexible, which is advantageous when used for a wound electrode plate. Further, in addition to the polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte or a mixed material of an organic polymer electrolyte and an inorganic solid electrolyte can be used.

【0029】また、本発明の非水電解質二次電池の発電
要素の形状は、巻回型、折りたたみ型、スタック型な
ど、種々の形状の発電要素を使用することができる。ま
た、電池の形状としては、角型、円筒型、長円筒型な
ど、あらゆる形状の電池を使用することができる。
The shape of the power generating element of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be any of various shapes such as a wound type, a folding type, and a stack type. As the shape of the battery, batteries having any shape such as a square shape, a cylindrical shape, and a long cylindrical shape can be used.

【0030】[0030]

【実施例】以下に、本発明の実施例を比較例とあわせて
説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below together with comparative examples.

【0031】[実施例1]第1の炭素材料として比表面
積が2.7m/gの塊状黒鉛、第2の炭素材料として
は比表面積が28m/gのアセチレンブラックを使用
して、負極を作成した。塊状黒鉛87.12wt%とア
セチレンブラックを0.88wt%、結着剤としてのポ
リフッ化ビニリデン(PVdF)12wt%を混合して
なる負極合剤に、N−メチル−2−ピロリドン(NM
P)を添加し、粘性体を調整した。この粘性体を厚さ1
6μmの銅箔に塗布し、150℃で真空乾燥させ、溶媒
であるNMPを完全に揮発させ、負極合剤の塗布重量を
1.646g・100cm−2になるようにした。そし
て、電極面積が3cmで電極多孔度が30%になるよ
うにロールプレスした後、これを負極とし、対極および
参照極にリチウム金属を用い、電解液に1mol・dm
−3のLiClOと5×10−4mol・dm −3
Mn(ClOを溶解させた非水電解液を0.03
dm満たして、実施例1の電池Aを作製した。
Example 1 Specific surface as first carbon material
The product is 2.7m2/ G of massive graphite as the second carbon material
Has a specific surface area of 28m2/ G acetylene black
Thus, a negative electrode was prepared. 87.12 wt% of massive graphite
0.88 wt% of acetylene black,
Mixing vinylidene fluoride (PVdF) 12wt%
N-methyl-2-pyrrolidone (NM
P) was added to adjust the viscosity. This viscous body has a thickness of 1
6μm copper foil, vacuum dried at 150 ℃, solvent
Is completely volatilized, and the applied weight of the negative electrode mixture is reduced.
1.646g ・ 100cm-2I tried to be. Soshi
And the electrode area is 3cm2Now the electrode porosity will be 30%
After roll pressing, this is used as a negative electrode,
Using lithium metal for the reference electrode and 1 mol · dm for the electrolyte
-3LiClO4And 5 × 10-4mol · dm -3of
Mn (ClO4)2Was dissolved in 0.03
dm3Thus, the battery A of Example 1 was manufactured.

【0032】[比較例1]負極合剤を塊状黒鉛を88w
t%とポリフッ化ビニリデン(PVdF)12wt%と
した以外は実施例1と同様にして、比較例1の電池Bを
作製した。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 A mass of negative electrode mixture of a mass of graphite
Battery B of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1, except that t% and polyvinylidene fluoride (PVdF) were 12 wt%.

【0033】[比較例2]第2の炭素材料として比表面
積が9m/gのアセチレンブラックを使用した以外は
実施例1と同様にして、比較例2の電池Cを作製した。
Comparative Example 2 A battery C of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that acetylene black having a specific surface area of 9 m 2 / g was used as the second carbon material.

【0034】電池Aおよび電池Bを用いて放電容量を測
定した。いずれの電池も、0.5mA・cm−2の電流
で0.0V(対リチウム金属)の電位まで充電した後、
0.5mA・cm−2の電流で1.5V(対リチウム金
属)の電位まで放電した時の放電容量を測定した。
The discharge capacities of the batteries A and B were measured. Both batteries were charged with a current of 0.5 mA · cm −2 to a potential of 0.0 V (vs. lithium metal),
The discharge capacity at the time of discharging at a current of 0.5 mA · cm −2 to a potential of 1.5 V (vs. lithium metal) was measured.

【0035】そして、この条件で充放電を繰り返し、5
0サイクル充放電させた後の、アセチレンブラックを含
む負極活物質1g当たりの放電容量を求め、これを初期
の放電容量で除した放電容量保持率を算定した。また、
サイクル後の負荷率特性を評価するため、0.5mA・
cm−2の電流で0.0V(対リチウム金属)の電位ま
で充電した後、1.25mA・cm−2、2.5mA・
cm−2および5mA・cm−2の電流で1.5V(対
リチウム金属)の電位まで放電したときの放電容量を測
定した。評価結果を表1に示す。
Then, charging and discharging are repeated under these conditions.
The discharge capacity per 1 g of the negative electrode active material containing acetylene black after charging and discharging for 0 cycles was calculated, and the discharge capacity was calculated by dividing the discharge capacity by the initial discharge capacity. Also,
To evaluate the load factor characteristics after the cycle, 0.5 mA
After charging to a potential of 0.0 V (with respect to lithium metal) with a current of cm −2 , 1.25 mA · cm −2 and 2.5 mA ·
The discharge capacity was measured when the battery was discharged to a potential of 1.5 V (with respect to lithium metal) at currents of cm −2 and 5 mA · cm −2 . Table 1 shows the evaluation results.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】実施例1の電池Aおよび比較例1の電池B
について、50サイクル後の放電電流と放電容量との関
係を図3にプロットした。図3において、記号●は実施
例1の電池Aの、記号○は比較例1の電池Bの、記号△
は比較例2の電池Cの特性を示した。
Battery A of Example 1 and Battery B of Comparative Example 1
FIG. 3 plots the relationship between the discharge current and the discharge capacity after 50 cycles. In FIG. 3, the symbol ● represents the battery A of Example 1, the symbol ○ represents the battery B of Comparative Example 1, and the symbol Δ represents
Indicates the characteristics of the battery C of Comparative Example 2.

【0038】表1および図3から、本発明の比表面積が
28m/gのアセチレンブラックを含む負極を使用し
た実施例1の電池Aでは、は電荷移動抵抗が小さいた
め、放電容量保持率が高く、放電電流を増加させても、
大きな放電容量を示すことから負荷率特性に優れている
ことがわかった。一方、アセチレンブラックを含まない
比較例1の電池Bおよび比表面積が9m/gのアセチ
レンブラックを含む負極を使用した比較例2の電池Cで
は、いずれの場合もマンガンを選択的に捕捉する機能が
乏しいために、実施例1の電池Aよりも特性が劣ってい
た。
As can be seen from Table 1 and FIG. 3, in the battery A of Example 1 using the negative electrode containing acetylene black having a specific surface area of 28 m 2 / g according to the present invention, since the charge transfer resistance was small, the discharge capacity retention rate was low. High, even if the discharge current is increased,
The large discharge capacity showed excellent load factor characteristics. On the other hand, in the battery B of the comparative example 1 containing no acetylene black and the battery C of the comparative example 2 using the negative electrode containing acetylene black having a specific surface area of 9 m 2 / g, the function of selectively capturing manganese in each case was used. The battery A of Example 1 was inferior in characteristics due to poor battery performance.

【0039】[実施例2]この電池は、図1に示すよう
な設計容量11.6Ahの長円筒形の非水電解質二次電
池である。正極は、LiNi0.55Co0.15Mn
0.30とポリフッ化ビニリデン(PVdF)とア
セチレンブラックとを混合し、これにNMPを加えてペ
ースト状とし、さらにアルミニウム箔上に塗布、乾燥し
て正極合剤層を形成させて作製した。負極としては、実
施例1で用いたのと同じものを使用した。このようにし
て作製した帯状の負極と正極とを、図2に示すように、
セパレーターを介して長円形状に巻回して電極群を構成
した後、この電極群を長円筒形の有底アルミニウム容器
に挿入し、さらに、電極群の巻芯部に充填物をつめた
後、電解液を注液し、レーザー溶接にて容器と蓋とを封
口溶接し、実施例2の電池Dを作製した。
Example 2 This battery is a long cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a designed capacity of 11.6 Ah as shown in FIG. The positive electrode is LiNi 0.55 Co 0.15 Mn
0.30 O 2 , polyvinylidene fluoride (PVdF), and acetylene black were mixed, NMP was added thereto to form a paste, and the mixture was applied on an aluminum foil and dried to form a positive electrode mixture layer. . The same negative electrode as that used in Example 1 was used. The strip-shaped negative electrode and the positive electrode manufactured in this manner were, as shown in FIG.
After forming an electrode group by winding it into an oval shape via a separator, inserting this electrode group into an elongated cylindrical bottomed aluminum container, and further filling the core of the electrode group with a filler, The electrolyte was injected, the container and the lid were welded by laser welding, and the battery D of Example 2 was produced.

【0040】[比較例3]負極として比較例1で用いた
ものと同じものを使用した以外は、実施例2と同様にし
て、比較例3の電池Eを作製した。
Comparative Example 3 A battery E of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 2, except that the same negative electrode as that used in Comparative Example 1 was used.

【0041】上記のようにして作製した設計容量11.
6Ahの大型電池を用い、2Aの電流で4.1Vまで8
時間、定電流・定電圧で充電して、2Aの電流で2.7
Vの電圧まで放電した時の放電容量を測定した。また、
その放電容量に対する各放電深度(DOD)における出
力密度をSAE規格J1798draftに準じて、算
出した。評価結果を表2に示す。
10. Design capacity manufactured as described above.
Using a large battery of 6 Ah, 8 V to 4.1 V at 2 A current
Time, charge with constant current / constant voltage, 2.7A with 2A current
The discharge capacity when discharging to a voltage of V was measured. Also,
The output density at each depth of discharge (DOD) with respect to the discharge capacity was calculated according to SAE standard J1798 draft. Table 2 shows the evaluation results.

【0042】[0042]

【表2】 [Table 2]

【0043】実施例2の電池Dおよび比較例3の電池E
につてい、DODと出力密度との関係を図4にプロット
した。図4において、記号●は実施例2の電池Dの、記
号○は比較例3の電池Eの特性を示した。
Battery D of Example 2 and Battery E of Comparative Example 3
FIG. 4 plots the relationship between DOD and power density. In FIG. 4, the symbol ● indicates the characteristics of the battery D of Example 2, and the symbol ○ indicates the characteristics of the battery E of Comparative Example 3.

【0044】表2および図4から、実施例2の電池Dは
比較例3の電池Eに比べ、各DODに対して高い出力密
度を示した。このような試験結果は、負極活物質の電荷
移動抵抗が小さくなったためと考えられる。
From Table 2 and FIG. 4, the battery D of Example 2 exhibited a higher power density for each DOD than the battery E of Comparative Example 3. It is considered that such a test result is due to a decrease in the charge transfer resistance of the negative electrode active material.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明の負極
は、充放電サイクル特性、負荷率特性および出力特性を
向上させることを目的とした負極の改良に有用である。
さらに、現在多く用いられているリチウムコバルト複合
酸化物に比べて、安価なリチウムマンガン化合物を正極
に用いることで、その利用価値は極めて高いものといえ
る。
As is apparent from the above, the negative electrode of the present invention is useful for improving a negative electrode for the purpose of improving charge / discharge cycle characteristics, load factor characteristics and output characteristics.
Furthermore, by using an inexpensive lithium manganese compound for the positive electrode, it can be said that its use value is extremely high as compared with the lithium cobalt composite oxide that is currently widely used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】長円筒型非水電解質二次電池の外観を示す図。FIG. 1 is a diagram showing the appearance of a long cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery.

【図2】長円筒型発電要素の外観を示す図。FIG. 2 is a view showing the appearance of a long cylindrical power generating element.

【図3】実施例1の電池A、比較例1の電池Bおよび比
較例2の電池Cの、放電電流と放電容量との関係を示す
図。。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between discharge current and discharge capacity of a battery A of Example 1, a battery B of Comparative Example 1, and a battery C of Comparative Example 2. .

【図4】実施例2の電池Dおよび比較例3の電池Eの、
DODと出力密度の関係を示す図。
FIG. 4 shows a battery D of Example 2 and a battery E of Comparative Example 3,
The figure which shows the relationship between DOD and an output density.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 非水電解質二次電池 2 電池ケース 3 電池蓋 4 正極端子 5 負極端子 6 安 全 弁 7 電解液注入口 8 長円筒型発電要素 9 正極 10 負極 11 セパレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-aqueous electrolyte secondary battery 2 Battery case 3 Battery cover 4 Positive electrode terminal 5 Negative terminal 6 Safety valve 7 Electrolyte inlet 8 Long cylindrical power generation element 9 Positive electrode 10 Negative electrode 11 Separator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ02 AJ05 AK03 AL06 AL07 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM12 AM16 BJ02 DJ08 EJ04 HJ01 HJ02 HJ07 5H050 AA02 AA07 BA17 CA09 CB07 CB08 CB29 DA10 EA10 HA01 HA02 HA07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H029 AJ02 AJ05 AK03 AL06 AL07 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM12 AM16 BJ02 DJ08 EJ04 HJ01 HJ02 HJ07 5H050 AA02 AA07 BA17 CA09 CB07 CB08 CB29 DA10 EA10 HA01 HA02 HA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵・放出可能な第1
の炭素材料と、比表面積が10m/g以上の第2の炭
素材料とを含む負極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可
能なリチウムマンガン化合物を含む正極とを用いたこと
を特徴とする非水電解質二次電池。
1. A first type capable of inserting and extracting lithium ions.
A non-aqueous material characterized by using a negative electrode containing a carbon material of the formula (1) and a second carbon material having a specific surface area of 10 m 2 / g or more, and a positive electrode containing a lithium manganese compound capable of inserting and extracting lithium ions. Electrolyte secondary battery.
【請求項2】 第2の炭素材料がカーボンブラックであ
ることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電
池。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the second carbon material is carbon black.
【請求項3】 負極において、第1の炭素材料に対し第
2の炭素材料を0.1〜10wt%含むことを特徴とす
る請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。
3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode contains 0.1 to 10 wt% of the second carbon material with respect to the first carbon material.
【請求項4】 リチウムマンガン化合物が組成式Li
Mn2―y(0≦x≦1.4;0≦y≦1.
8;Mは一種以上からなる遷移金属元素)で表わされる
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の非水電
解質二次電池。
4. A lithium manganese compound having the composition formula Li x
Mn 2-y MyO 4 (0 ≦ x ≦ 1.4; 0 ≦ y ≦ 1.
8. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, 2 or 3, wherein M is represented by at least one transition metal element.
【請求項5】 リチウムマンガン化合物が組成式Li
Mn1―y(0≦x≦1.4;0≦y≦0.
9;Mは一種以上からなる遷移金属元素)で表わされる
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の非水電
解質二次電池。
5. The lithium manganese compound having the composition formula Li x
Mn 1-y MyO 2 (0 ≦ x ≦ 1.4; 0 ≦ y ≦ 0.
9. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein M is represented by at least one transition metal element.
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